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VASP计算层错能（SFE）全攻略2

news 2025/8/26 12:12:21

步骤1: 准备Ni单胞

步骤2: 构建超胞

步骤3: 引入堆垛层错

步骤4: 运行VASP计算

步骤5: 计算层错能

注意事项

层错能（Stacking Fault Energy, SFE）是衡量金属材料中堆垛层错形成难易程度的重要参数，对于镍（Ni）这样的面心立方（FCC）金属，计算SFE有助于理解其变形行为。上期介绍了层错能的定义和VASP计算层错能的一般流程，本期将以计算纯金属Ni的层错能为例，给出具体的计算步骤。（需注意：所有计算需在Linux环境下运行，或者具备远程提交任务的条件）

上期内容回顾：

https://blog.csdn.net/weixin_50519490/article/details/150770544?spm=1001.2014.3001.5501https://blog.csdn.net/weixin_50519490/article/details/150770544?spm=1001.2014.3001.5501

步骤1: 准备Ni单胞

纯Ni为FCC结构，空间群为Fm-3m，晶格常数a=3.52 Å。首先创建Ni单胞的POSCAR文件。

atomsk进行单胞构建：让[110] [-110] [001]分别沿着atomsk的x, y, z方向，注意.cfg文件可被多种可视化软件打开，所以推荐设置为.cfg格式。随后可以用VESTA软件将格式转为VASP可以读取的POSCAR文件。实际计算中需扩展为超胞（见步骤2）。

atomsk --create fcc 3.52 Ni orient [112] [110] [111] Ni.cfg

步骤2: 构建超胞

为引入层错，需沿[111]方向创建超胞（例如，6-12个原子层）。使用Materials studio，atomsk，VESTA或ASE工具生成超胞。

atomsk扩胞：例如要构建2*3*4的supercell，此时沿[111]方向有12层原子。。随后可以用VESTA对文件格式进行转换。

atomsk Ni.cfg -duplicate 2 3 4 supercell.xyz

步骤3: 引入堆垛层错

本征堆垛层错（ISF）通过修改原子位置模拟。例如，在超胞中部移除一层原子或改变堆垛顺序（ABCAB|C|ABC → ABCAB|A|BCABC）。

方法:

使用Python脚本（如ASE库）移动原子：

import ase
from ase.build import stack_fault
# 加载完美超胞
atoms = ase.io.read('POSCAR_perfect')
# 引入层错（在z=0.5位置）
atoms_fault = stack_fault(atoms, layer_index=6, offset=0.5)
ase.io.write('POSCAR_fault', atoms_fault, format='vasp')

使用atomsk进行层错能构建：将上半部超胞沿着x方向平移1.463Å。（-wrap指令避免原子溢出）

atomsk supercell.xyz -shift above 0.5*box Z 1.463 0.0 0.0 -wrap Ni_SF.xsf

步骤4: 运行VASP计算

准备VASP输入文件，分别计算完美晶体和有层错结构的能量。

INCAR文件关键参数:

SYSTEM = Ni SFE Calculation
PREC = Accurate
ENCUT = 500       # 截断能，需测试收敛
ISMEAR = 1; SIGMA = 0.1  # 金属体系推荐
IBRION = -1       # 静态计算
NSW = 0
LREAL = .FALSE.
ALGO = Fast
EDIFF = 1e-6      # 能量收敛标准

KPOINTS文件: 使用Monkhorst-Pack网格。
POTCAR文件: 选择Ni的PAW赝势（如POTCAR_Ni）。
执行命令:
```
# 完美晶体计算
mpirun -np 4 vasp_std > log_perfect.out
# 层错结构计算
cp POSCAR_fault POSCAR
mpirun -np 4 vasp_std > log_fault.out
```
如果需要远程提交任务，请参考往期内容：VASP新手入门，远程超算提交——1 准备文件_vasp提交计算的命令-CSDN博客：

https://blog.csdn.net/weixin_50519490/article/details/143467594https://blog.csdn.net/weixin_50519490/article/details/143467594